山东大学能源与动力工程学院有哪些历史沿革

1975年与工程物理系部分专业合并后，调整为动力机械一系和动力机械二系；1983年4月，动力机械一系和动力机械二系分别更名为能源与动力工程系及动力机械工程系。1994年4月西安交通大学院系调整，上述两系正式合并成立能源与动力工程学院。2004年为了适应国家建设和人才培养的要求，建设特色学院，原环境与化学工程学院的主体并入学院成为今天的能源与动力工程学院。

能源发展简史

人类利用能源是以薪柴、风力、水力和太阳能等可再生能源开始，后来才发现了煤炭和石油。中国大约在春秋末（公元前500年）开始利用煤炭作燃料，但是直到13世纪英国开采煤矿，才把煤炭推上了能源的主角地位。

18世纪瓦特发明蒸汽机，英国进行产业革命，大量的动力机械逐渐替代了手工业生产方式，交通运输业也迅速发展，使世界能源结构起了重大变革。

1859年美国开始了石油钻探，这种液体燃料显示出比被称为黑色金子的煤炭更具有吸引力。

1876年，德国人奥托创制了内燃机，使机械工业发生了翻天覆地的变化。石油与煤炭的竞争加速了世界工业化的进程。特别是第二次世界大战结束后，中东一带的石油大量开发，廉价石油使发达国家的经济像吹气球似地膨胀起来。在煤炭、石油、天然气加速发展的同时，以电为主导的能源结构大变革又开始了。

作为二次能源的电力，从19世纪开始，无论是火电或水电，以及后来居上的核电，已在一些国家的经济中越来越起主导作用。电给人们带来无限的欢乐，从生活到生产，人们已离不开电，这是人类利用能源的重要里程碑。

综上所述，能源变革就是人类利用能源的简史。时至今日，人类消耗的能源越来越多，能源的种类也很繁多。

能源的有限性

当今支撑世界经济发展的能源主要是化石能源，即煤炭、石油和天然气。这些能源资源都是亿万年前古代太阳能的积存，远古的生物质吸收了太阳辐射能而生长，但是经过地壳变化，翻天覆地，把这些生物质埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，慢慢地变成了碳氢化合物，这是一种可以燃烧的矿物质。

然而，这种漫长的地质年代和地壳的巨大变化，已不可能在地球上重复出现。尽管今后仍会有地震发生，而地球本身早已进入了稳定期。否则，像过去一样的造山运动，恐怕人类也将不复存在了。所以说，现在的煤炭、石油和天然气是不可再生的能源，只能是用一点，少一点，这种天赐的能源资源是有限的，值得人们十分珍惜。

1984年，第11届世界能源会议估计，全世界煤的预测贮量为13.6万亿吨，其中可采贮量为1.04万亿吨。20世纪90年代我国公布煤炭总资源贮量为5.06万亿吨，其中可采贮量约0.43万亿吨。中国是煤炭大国，煤产量居世界第一。

全国2000多个县，有煤资源的占1350个。目前，全国的能源供应，70％以上靠煤炭。但是煤是化石能源中最脏、热效率也较低的固体燃料，所以，带来的环境污染也最大。

水电是一种可再生能源，在一些国家还有较大的开发潜力，中国的水能资源较为丰富，但是大多数尚未很好开发利用，若能合理开发，将是弥补电力不足的好出路。由于化石能源的有限性和环境保护的需要，国际上对水电开发又开始重视，特别是有些发展中国家，没有更多的廉价石油和煤炭供火力发电，及早考虑如何充分利用水能资源，把电力工业和基础农业同时发展起来，将是现实可行的。例如巴西在发展水电方面有不少成功的经验。有些经济发达国家，如瑞士、日本、挪威、美国、意大利、西班牙、加拿大、奥地利等国的水能资源都得到了较充分的利用，而在多数发展中国家的水能资源尚未大量开发利用。我国的水能利用率仅及印度的1/2。加速水电开发势在必行。发展经济需要能源，但是从上述能源资源看，经济增长不能无限增加能耗。

20世纪70年代的世界石油危机给人们敲响了警钟，特别是一些靠消耗别国能源资源的国家，不加节制地增加能源用量不是长远之计，明智的办法是提高能源利用率和寻找替代能源。因此，美、日、德、法等国，在节能和开发新能源方面加大了投入。实际上许多经济发达国家从20世纪70年代后期以来，已逐渐做到经济有增长，能耗不增加，甚至有的国家总能耗还略有下降。它们已经认识到天赐资源有限，何况多数发达国家的能源大部分靠进口。如日本，国家小，资源不足，不能靠拼能源去增强经济实力，只能从技术上发挥优势，充分利用有限的资源，开展综合利用，使物尽其用，毫不浪费。

我国和多数发展中国家，对能源资源的紧迫感还不强，能源利用效率偏低。例如，我国比欧洲国家的能源利用，总效率约低20％；在农业方面约差10％，工业方面约差25％，民用商业方面也差20％。发展中国家浪费能源资源的现象比较普遍，技术越落后，浪费也越大。

化石能源资源不仅有限，而且同时也是多用途的宝贵资源。煤炭、石油、天然气除作为燃料使用外，就经济价值而言，作为化工原料更为合理。剖析这些物质的成分，它们都属于碳氢化合物，是有机合成的好原料，可以制造合成纤维、塑料、橡胶和化肥等等。如果我们今天把这些宝贵资源都燃烧掉，将来子孙后代搞化工合成就没有原料了，岂不要遭后人唾骂。因此，为了满足人们各方面的需要，珍惜有限的自然资源，人类应有长远的考虑。

如果20世纪70年代节约使用化石能源，是从防止世界产生石油危机考虑，进入20世纪90年代以后，则不仅是考虑不可再生能源资源的问题，而且更突出的是世界环境保护问题。例如大气中二氧化碳含量的增加，对温室效应和全球气候恶化产生的影响。

1992年6月，联合国在巴西的里约热内卢召开了世界环境与发展大会，许多国家元首和政府首脑出席了会议，会上发表了《关于环境与发展的里约热内卢宣言》，并提出了《21世纪议程》。我国人口多，人均能耗和二氧化碳排放量虽低于外国，但是绝对排放量却居世界第三位，当然不可忽视。亚洲地区新兴国家较多，能源消耗量大，预计到2010年，亚洲总能耗将比1992年翻一番，届时二氧化碳的排放量将占全球的1/4，直接导致的环境问题更为严重。不仅二氧化碳的排放量在直线上升，其实二氧化硫的排放量也令人忧虑，我国几乎40％的国土面积受到酸雨的威胁。主要是因燃煤过多而使二氧化硫的排放量过高引起的。酸雨对农林业影响巨大，仅南方江浙等7省，因酸雨减产的农田就达1.5亿亩，年经济损失约37亿元；森林受害面积128亿平方米，林业及生态效益损失约54亿元。这难道不惊人吗？所以说，没有远虑，必有近忧。现在国际上每年都有能源环境方面的会议，对于使用化石能源的排放标准已有许多限制议案。人们越来越关心这个热门话题，世界各国能源与环境政策制订者正在研究对策。关键还是要在技术上采取必要措施。工业革命时期，工厂的烟囱林立，人们把烟雾腾腾的伦敦称为“雾都”。然而现在世界上究竟有多少个雾都？

在20世纪，能源与环境是人类迫切需要解决的问题，它直接影响到世界生态平衡和人类的可持续发展。现在国际上许多国家政府都把《21世纪议程》当作制订政策的依据。各方面的科学家和工程技术人员都把注意力集中到人类迫切需要解决能源问题的焦点上，为了人类生存发展的共同目的，进行广泛的国际科技合作，攻克难关，创造更美好的明天。《关于环境与发展的里约热内卢宣言》提出：“保护和恢复地球生态，防止环境退化，各国共担责任。”中国在《21世纪议程》中提出：“综合能源规划与管理；提高能源效率和节能；推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术；开发利用新能源和可再生能源。”

最近几十年以来，人们经常可以在传媒中看到“能源危机”的警示。所谓“能源危机”，是指现在人类所使用的主要能源（化石能源）耗尽时，还没有找到足够替代能源这样一种危险。

能源危机的提出，主要是基于这样两个事实——能源消耗量的直线上升及化石能源的逐渐枯竭。据统计，2000年全世界的能源使用量比1900年大了30倍，这一统计还是属于比较保守的。

由于世界人口的2/3生活在发展中国家，他们平均每人的能源消耗只等于富裕地区市民的1/8，他们正在大力工业化，能耗量增长极快，他们有权利耍求避免繁重的劳动和单调的工作，而要做到这一点，就需要“能源奴隶”来代替。

早在20世纪40年代，曾有人作过一项估算，那时每个美国人使用的动力如果产生于体力劳动，则相当于古代150个奴隶的劳动量；20世纪70年代，这个数字已增到将近400个奴隶；至2000年则可能推进到1000个。这些能量所做的，就是过去奴隶曾做的劳动，如烧饭、送人往来、打扇、司炉、浆洗衣物、清除垃圾、演奏音乐以及其他家务劳动。现在干这些劳动的不再是人力，而是用机器来代替了，正是这些机器，代替了人的劳动，消耗了动力，消耗了能源。随着人口的增加，生活需求的增长，对能源的需求量也必将猛增，能源供应的短缺将给人类带来困难。

煤炭、石油、天然气等能源在地壳中的蕴藏量究竟有多大？虽然说法不一，但无论如何总是有限的，连续不断地大量消耗下去，不可避免地会有一天要枯竭，这是历史的必然。以煤炭为例，它是地球上蕴藏量最丰富的化石燃料，据世界能源会议估计，全世界最终可以开发的煤约11万亿吨，经济上有开采价值的约有7370亿吨。

有人估计，人类到2112年时将会消耗掉煤蕴藏量的一半，到2400年，地球上的煤将会全部用光。石油怎样呢？虽然它的开采时间不过100多年的历史，但人们已经感到“石油枯竭”的威胁。今天人们所说的“能源危机”，实际上就是“石油危机”。世界石油蕴藏量究竟还有多少呢？据土耳其权威的《石油》杂志1993年初的估计，大约还值192840亿美元，仅够用至2033年前后。依20世纪90年代石油每桶20美元计算，世界原油蕴藏量约值200000亿美元，其中绝大部分集中在中东地区，以沙特阿拉伯最多，约值51500亿美元；伊拉克次之，值20000亿美元；阿拉伯联合酋长国排名第三，有19000亿美元；第四是科威特，有18900亿美元。原油蕴藏量较多的其他国家依次是伊朗、委内瑞拉、前苏联、墨西哥，美国排名第九，蕴藏量约值5230亿美元，中国有2000亿美元蕴藏量，尼日利亚3400亿美元，印尼2200亿美元，加拿大、挪威、印度各有1000亿美元。总之，在今后几十年内，世界石油的绝大部分将被耗尽，到那时，人类将不得不转而起用其他能源。

能源的重要性

能源，对于人类的物质文明有着巨大的影响。能源发展的每一次飞跃，都引起了人类生产技术的变革，推动了生产力的发展。从木炭时代到煤炭时代，从煤炭时代到石油时代，以至原子能开发和各种各样新能源登上能源的消费舞台，都曾使几近停滞的文明开始新的发展。

现代人类社会依赖2种能量的供应：①维持人体正常生理功能所需要的能量，②维持社会生产力和日常生活所需要的能量。

第一种能量便是食物。在人体内部，各种物质总是处于相互作用之中，它们不断地发生着化学变化，为此必须有促进化学变化的热能，这就要从食物中摄取糖、淀粉等碳水化合物或脂肪，这些物质经转化而在血液中慢慢“燃烧”，使之产生氧化热，以维持必要的体温。由此而得的热能，通过使用肌肉这一“机械”而转化为运动能，以从事活动和工作。

当然，食物中必须有蛋白质，有钙、铁等矿物营养素。它们构成我们身体各部分的原材料，靠它们制成肌肉、骨骼及内脏器官。生命要进一步进行运动，则必须供给燃料，即能量，这就是碳水化合物和脂肪。一个人只要瞬时失去能源的供应，就将无法生存。

第二种能量则是人类进行生产所必须具备的能源，它和原材料、生产工具共同构成了人类生产的必要条件。并不是只要有了资金、材料和劳动力，社会建设就不存在问题了，如果没有能源，人类就不能建设城镇、村庄，不能制造机器，不能开动火车，不能从事各项研究活动。有人作过这样一个比喻：煤炭、石油或铀等能源好比现代社会的米、麦和面包。离开了能源，社会就将停滞以至灭亡。

人类生活水平和物质文明程度的提高，意味着能源需求量的增加。现在，一般都把每人每年平均能源消费量作为大体衡量该国人民生活水平的标准，因为能源消费增长同人均国民生产总值之间存在着一种互为因果的正面关系，这就是说，能源消费增长，会促进国民生产总值的增长，从而促进个人收入的增加，而个人收入增加又意味着对商品和社会服务有更大的需求，这就又导致消耗更多的能源。当然，这也不是绝对的。

地球上的能源种类繁多，但大致可分为2大类：非再生能源和再生能源。前者主要是指化石能源，后者则包括太阳能、水能、风能、生物能和海洋能等。这些能源存在于自然界中，随着人类智力的发展而不断地被发现，被开发利用，而每一种新能源的被发现和被利用，又强有力地推动了人类文明的发展，因此，能源的变迁史是同人类社会文明发展史紧紧联系在一起的。

从能源的利用和人类文化的发展进程看，大致经历了以下四个阶段：原始阶段（火的利用）、木材能源时代、化石能源时代和最后能源时代。煤炭和石油属于化石能源，它们的发现历史已相当悠长，中国早在3000多年前就开始使用煤炭，希腊2000多年前也开始使用。但由于种种原因，直到近代才达到实用化的地步。蒸汽机的发明和广泛应用，促进了对煤炭燃料的开发利用，直到20世纪前半期，煤炭始终占据能源的权威地位，统霸着热源、动力源和电力源。可以说，产业革命以后，文明的发展是靠煤炭推进的。

19世纪末，石油开始开采。1859年，美国人多列依库开发油田成功，使长眠于地下的石油成为大量供应的燃料。尤其是汽油发动机和柴油发动机的发明，使得石油制品得到了广泛应用，它更加迅速地推进了机械文明和近代文明的发展。进入20世纪后半期，石油最后动摇了煤炭的权威地位，在能源消费结构内跃居第一位，占50％以上。现在，大多数工业国家的经济几乎完全依赖于石油和天然气作能源，正因如此，每当石油出现紧张时，人们才普遍关心起能源问题来。

今天，人类利用的几乎完全是非再生能源，因此，人们迟早要面对化石燃料完全耗尽这样一个现实，必须探索新的能源。化石能源必将逐步过渡到最后能源时代。据专家预测，2070年以后，世界将进入以太阳能、地热能、风能、氢能、海洋能和核能、增殖堆等能源为主导的“最后”能源时代。

新能源展望

由于能源是左右人类物质生产发展的主要因素，如果离开了能源，人类的工业和农业就难以发展。正因如此，各国对能源科学的研究都极为重视，对新能源的开发都颇为关注。

新能源一般指太阳能、氢能、地热能、核能、海洋能、生物能、风能等，有的国家将煤炭气化、液化及页岩油、油沙油等也列入新能源之列。在新能源中，名列第一的恐怕是太阳能。据粗略统计，每年太阳照射到地面上的能量要比目前全世界已利用的各种能量的总和还要大1万倍。太阳灶是人们直接利用太阳能的设施之一，它结构简单，使用方便，不仅可以用来蒸熟米饭，还可以加热冷水等。我们还可以把太阳能转变为电能，实现这种转换的装置叫太阳能电池，它在航天、远洋、通信等事业中的应用逐渐广泛，人造地球卫星上的帆板就是给卫星上的设备提供能源的太阳能电池。太阳储藏着巨大的热能，据科学家们推断，它在几十亿年内仍是我们地球上最重要的能源。

迄今为止，就世界范围而言，太阳能的利用还是微不足道的。美国科学家正在为太阳能电池寻找新的电导材料，它叫铜铟联硒化物，与以往的结晶硅相比，它既省料又便宜，用它的薄膜制成的一块10平方米太阳能组件，可将11％的太阳能转换成电能。除此，长期让它在阳光下曝晒，性能也不会下降。有关专家相信，新一代太阳能电池材料尽管价格昂贵，但效益高，这些材料主要是指经过改进的结晶硅和ⅢⅤ族化合物，之所以将它们称为ⅢⅤ族化合物，是因为它们结合了化学元素周期表中的第Ⅲ和第Ⅴ族元素，它们的价格较高，但前景可观。例如砷化镓，有科学家称其为最理想的材料，它可以吸收在最佳光谱范围内的阳光，且可以与许多材料形成合金。美国的太阳能工业部门宣称，即使没有新的技术突破，仅仅依靠现有的技术，其也准备在2000年前大量生产洁净的电能。

20世纪末将是太阳能时代的黎明，太阳能新时代发出的曙光已在驱散人们的疑云。到2030年，太阳能采光板将使世界上绝大多数的居民用上热水，成千上万个太阳能集热器出现在千家万户的屋顶上，如同今天的电视天线一样，成为典型的城市建筑奇观。

核能的开发利用开始于20世纪50年代初。1954年，世界上第一座实用的核电站在苏联建成，向工业电网并网发电，虽然电功率只有5000千瓦，却为人类打开了又一扇能源的宝库。从此，核能在世界上的发展相当迅速，尤其在能源资源缺乏的国家，核能升为第一位，成了主要的能源。从国际原子能机构公布的结果知道，到1989年年底止，全世界的27个国家和地区，已经运行了的核电站有434座反应堆，总共发电功率有318吉瓦，占全世界总电量的17％。此外，正在建设的核电站有97台机组，总共77吉瓦。

目前，核电站的主要原料是铀，它是一种放射性元素，铀矿石同煤、石油一样是从地底下开采出来的，只不过铀的蕴藏量远比煤少得多，然而释放的能量却比煤要多得多，1000克铀裂变放出的热量相当于2500吨标准煤燃烧所放出的热量。但是，由于核能对于人类社会和生态环境有着潜在危险，有人将核反应堆视为潜在的原子弹，是“关在笼中的老虎”。因此，如何看待核能源，是人类解决对能源需求日益扩大过程中一个非常紧迫的问题。

地热能是一个不可忽视的能源。地球内部储藏着灼热的岩浆，犹如石油一样埋在地底下，这些岩浆可以把地下水变为蒸汽，如果我们钻一口深井，这些蒸汽就可以冲出地面，我们不仅可以用它来推动发电机发电，还可推动一些其他机器运转。据统计，地球上全部地下热水和热蒸汽的热能约相当于地球全部煤蕴藏量的1.7亿倍，但对它的利用，进展比较迟缓。

风能也是一种可利用的能源。古时候，人们曾利用风力带动风车，进而带动石磨转动，用来磨面。现在，在一些风力资源比较丰富的地区，还可用风能带动发电机发电。海洋能有2种不同的利用方式：①利用海水的动能，②利用海洋不同深度的温差通过热机来发电。前一种又可分为大范围有规律的动能（如潮汐、洋流等）和无规则的动能（如波浪能）2类，它们都可设法直接转化为机械能。利用海洋不同深度的温差来达到发电的目的，其潜力也是很大的。

据估计，仅仅靠近美国的那一部分墨西哥湾暖流，就可提供超过当今耗能100倍的能量。若是将全世界的潮汐能收集起来，有10亿多千瓦，如能充分利用，每年可发电度数大约相当于目前全世界水电站年发电总量的1万倍，可见海洋能的开发前景是多么辉煌。另一种大有前途的能源是氢能，作为和电类似的二次能源，它也初露头角。氢能可以由“取之不尽”的阳光来分解“用之不竭”的海水而获得，这是一种比较理想的代替石油的燃料，没有污染，使用方便，还可以直接利用现有的热机，不需要对现有的技术设备作重大的更改。

由此可见，人类能源的出路，一是节流，二是开源，自然界为我们提供的能源在短时期内是不会枯竭的，就看我们如何开发和利用它们了。

物质、能量与信息。

因此，能源的发展史直接影响人类的发展史。

我们人类生存与发展中最具有决定性意义的要素是三个：¾¾ 物质、能量和信息。

组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。

一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。

能源发展的里程碑 可以这么说，每一次能源利用的里程碑式发展，都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃。几千年来，在人类的能源利用史上，大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用，先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光；18世纪蒸汽机的发明与利用，大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命；19世纪电能的使用，极大地促进了社会经济的发展，改变了人类生活的面貌；20世纪以核能为代表的新能源的利用，使人类进入原子的微观世界，开始利用原子内部的能量。

未来对能源的要求

有足够满足人类生存和发展所需要的储量，并且不会造成影响人类生存的环境污染问题。

未来对能源的需求 未来的人类社会依然要依赖于能源，依赖于能源的可持续发展。因此，我们须现在就很清楚地了解地球上的能源结构和储量，发展必须开发的能源利用技术，才能使人类的生存得于永久维持。

而我们赖于生存的能源是取之不尽用之不完的吗？回答是：不是，也是。事实上，进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至不能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代能源。而近半世纪的核能和平利用，已使核能已成为新能源家属中迄今为止能替代有限矿石燃料的唯一现实的大规模能源。而且，未来如能实现核能的彻底利用，人类的能源将是无穷的。

除了物质、能量和信息三大因素外，人类对安全的要求也越来越重要了。安全包括社会安全、健康安全和环境安全等。它们同能源的关系也是非常密切的。现在利用的能源已造成了大量的环境污染问题，严重影响了人类的生存。因此，未来对能源的要求将不仅是储量充足，而且还必须是清洁的能源。相对其它化石能源而言，核能的和平利用已充分证明了核能是清洁的能源之一。

u 能源的定义与源头

究竟什么是“能源”呢？《科学技术百科全书》是这样说的：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”。可见，能源是呈多种形式的、可以相互转换的能量的源泉。简而言之，能源是自然界中能为人类提供能量的物质资源。

能源的源头

来自地球以外天体的能源（如太阳能）、地球本身蕴藏的能源（如地热、核能）、地球与其它天体相互作用产生的能源（如潮汐）。

而能源是产生能量的源头。

人们通常按形态与应用方式对能源进行分类。一般分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三类统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的这些能源，在一定条件下可以转换为人们所需的各种形式的能量。比如薪柴和煤炭，加热到一定温度，能和氧气化合并放出大量热能，可以直接用来取暖，也可用来产生蒸汽推动汽轮机，再带动发电机，使热能变成机械能，再变成电能。把电送到工厂、机关和住户，又可以转换成机械能、光能或热能。

在我们生活的地球上，能源形形色色。总起来说有三个初始来源。

太阳能

地球

来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。

与地球内部的热能有关的能源，我们称之为地热能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。

与原子核反应有关的能源正是本书要介绍的核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。

来自星球引力的能量 指由于地球与月球、太阳等天体相互作用的形成的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间的引力随之变化使海水涨落而形成潮汐能。与上述二类能源相比，潮汐能的数量很小。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为6000万吨煤。

u 能源结构与储量

地球上有哪些能量资源可供我们使用？它们还能维持多久？我们该怎么办？

能源的种类

一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量资源；

二次能源：汽油、电力、蒸汽等人工制造的能量资源，

一次能源和二次能源 能源按其生成方式，分为天然能源（一次能源）和人工能源（二次能源）两大类。天然能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等；人工能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，如煤气、汽油、煤油、柴油、电力、蒸汽、热水、氢气、激光等。

常规能源和新能源 其中，已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源，称为常规能源，通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。

煤的时代

能源结构的变迁 历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。

而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能源形式 地球能源的储量估计

煤炭：～200年

石油、天然气：～50年

核能：无穷多

之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。

于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。

化学能的储存量 煤炭、石油、天然气还有多少年可以让人类开采利用？据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年。探明可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还可开采60年。必须指出的是，煤炭、石油等直接燃烧用来生产电能与热能实在太可惜了，且不说可能带来的环境污染，它们还是很好的化工原料呢！

水能及新能源的潜力 那么水能呢？我们知道，水力是可以长期开发利用的。但是，在那些大面积缺水、水力资源不丰富的国家和地区怎么办？再说，水能还有个季节性的问题。这些都使水能无法成为世界能源结构中唯一的主力军。新能源中，太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源与水能相似，它们的规模受到环境、季节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、地热能等等。

易裂变核素

易发生裂变的原子只有铀-235（U235）、钚-239（Pu239）、铀-233（U233）三种。而天然存在的易裂变元素只有铀-235，钚-239可由铀-238生成，铀-233可由钍-232（Th232）生成。

易聚变核反应

氘（D2）-氚（D3）反应。氘和氚都是氢原子的同位素。氘天然存在，而氚极少，必须由人工生成（如由锂制造）。

核能--无穷的能源 核能分为裂变能和聚变能两种。目前人类能正在用于和平利用的只有裂变能。可控聚变能利用技术正在攻克。

天然铀的成份

天然铀中占99.3%为难裂变的铀-238，仅有0.714%为易裂变的铀-235。铀-238可通过吸收一个中子变成易裂变的钚-239。

作为发展核裂变能的主要原料之一的铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。如果利用得好，可用2400～2800年。

聚变反应主要来源于氘-氚的核反应，氘来可大量自海水，氚可来自锂。因此聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克／升，据估计地球上的海水量约为138亿亿米3，所以世界上氘的储量约40亿万吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够满足人类对聚变能的需求。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。如果人类实现了氘-氚的可控核聚变，核燃料就可谓“取之不尽，用之不竭了”，人类就将从根本上解决能源问题，这正是当前核科学家们孜孜以求的所以。聚变能源不仅丰富，而且安全、清洁。聚变产生的放射性比裂变小的多。

专家们预测，核能在未来将成为人类取之不尽的持久能源。

1.2 变脏的地球与干净的核电

本节要点：回答的问题以下问题：现有的能源还能维持多久？能源利用可以不污染环境吗？核能真是可持续能源吗？

u 能源的可持续发展

必须寻找一些既能保证有长期足够的供应量又不会造成环境污染的能源。

而目前人类面临的问题正是：能源资源枯竭；环境污染严重。

能源利用与环境的可持续发展

能源危机

目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪（如石油），最多的也能维持一、二百年（如煤）人类生存的需求。

今天，几乎所有的工业化国家都面临着两个关系到可持续发展的紧密相连的挑战：保证令人满意的长期能源供应和减少人类活动带给环境的影响。能源利用与环境的可持续发展已成为关系到人类未来生存与文明延续的一个重要问题。

能源供应危机 今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。

浓烟滚滚的火电厂

能源对环境的污染 另一方面，特别是利用化石能源的过程也直接影响地球的环境，使大气和水资源遭受严重污染。大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO） 大气污染的主要源头

目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、温室效应和臭氧层破坏。

和碳氢化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。其来源主要有三个方面：① 煤、石油等化石燃料的燃烧；② 汽车排放的废气；③ 工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。

1. 多元化

世界能源结构先后经历了以薪柴为主、以煤为主和以石油为主的时代，现在正在向以天然气为主转变，同时，水能、核能、风能、太阳能也正得到更广泛的利用。可持续发展、环境保护、能源供应成本和可供应能源的结构变化决定了全球能源多样化发展的格局。天然气消费量将稳步增加，在某些地区，燃气电站有取代燃煤电站的趋势。未来，在发展常规能源的同时，新能源和可再生能源将受到重视。在欧盟2010年可再生能源发展规划中，风电要达到4000万千瓦，水电要达到1.05亿千瓦。2003年初英国政府公布的《能源白皮书》确定了新能源战略，到2010年，英国的可再生能源发电量占英国发电总量的比例要从目前的3%提高到10%，到2020年达到20%。

2. 清洁化

随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格，未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展，不仅能源的生产过程要实现清洁化，而且能源工业要不断生产出更多、更好的清洁能源，清洁能源在能源总消费中的比例也将逐步增大。在世界消费能源结构中，煤炭所占的比例将由目前的26.47%下降到2025年的21.72%，而天然气将由目前的23.94%上升到2025年的28.40%，石油的比例将维持在37.60%～37.90%的水平。同时，过去被认为是“脏”能源的煤炭和传统能源薪柴、秸杆、粪便的利用将向清洁化方面发展，洁净煤技术（如煤液化技术、煤气化技术、煤脱硫脱尘技术）、沼气技术、生物柴油技术等等将取得突破并得到广泛应用。一些国家，如法国、奥地利、比利时、荷兰等国家已经关闭其国内的所有煤矿而发展核电，它们认为核电就是高效、清洁的能源，能够解决温室气体的排放问题。

3. 高效化

世界能源加工和消费的效率差别较大，能源利用效率提高的潜力巨大。随着世界能源新技术的进步，未来世界能源利用效率将日趋提高，能源强度将逐步降低。例如，以1997年美元不变价计，1990年世界的能源强度为0.3541吨油当量/千美元，2001年已降低到0.3121吨油当量/千美元，预计2010年为0.2759吨油当量/千美元，2025年为0.2375吨油当量/千美元。

但是，世界各地区能源强度差异较大，例如，2001年世界发达国家的能源强度仅为0.2109吨油当量/千美元，2001～2025年发展中国家的能源强度预计是发达国家的2.3～3.2倍，可见世界的节能潜力巨大。

4. 全球化

由于世界能源资源分布及需求分布的不均衡性，世界各个国家和地区已经越来越难以依靠本国的资源来满足其国内的需求，越来越需要依靠世界其他国家或地区的资源供应，世界贸易量将越来越大，贸易额呈逐渐增加的趋势。以石油贸易为例，世界石油贸易量由1985年的12.2亿吨增加到2000年的21.2亿吨和2002年的21.8亿吨，年均增长率约为3.46%，超过同期世界石油消费1.82%的年均增长率。在可预见的未来，世界石油净进口量将逐渐增加，年均增长率达到2.96%。预计2010年将达到2930万桶/日，2020年将达到4080万桶/日，2025年达到4850万桶/。世界能源供应与消费的全球化进程将加快，世界主要能源生产国和能源消费国将积极加入到能源供需市场的全球化进程中。

5. 市场化

由于市场化是实现国际能源资源优化配置和利用的最佳手段，故随着世界经济的发展，特别是世界各国市场化改革进程的加快，世界能源利用的市场化程度越来越高，世界各国政府直接干涉能源利用的行为将越来越少，而政府为能源市场服务的作用则相应增大，特别是在完善各国、各地区的能源法律法规并提供良好的能源市场环境方面，政府将更好地发挥作用。当前，俄罗斯、哈萨克斯坦、利比亚等能源资源丰富的国家，正在不断完善其国家能源投资政策和行政管理措施，这些国家能源生产的市场化程度和规范化程度将得到提高，有利于境外投资者进行投资。

三、启示与建议

1. 依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路

中国有自己的国情，中国能源资源储量结构的特点及中国经济结构的特色，决定在可预见的未来，我国以煤炭为主的能源结构将不大可能改变，我国能源消费结构与世界能源消费结构的差异将继续存在，这就要求中国的能源政策，包括在能源基础设施建设、能源勘探生产、能源利用、环境污染控制和利用海外能源等方面的政策应有别于其他国家。鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展。

2. 积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系

为保障能源安全，我国一方面应借鉴国际先进经验，完善能源法律法规，建立能源市场信息统计体系，建立我国能源安全的预警机制、能源储备机制和能源危机应急机制，积极倡导能源供应在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化，提高市场化程度；另一方面应加强与主要能源生产国和消费国的对话，扩大能源供应网络，实现能源生产、运输、采购、贸易及利用的全球化.

新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。

据估算，每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿千瓦，其中可开发利用500～1000亿度。但因其分布很分散，目前能利用的甚微。地热能资源指陆地下5000米深度内的岩石和水体的总含热量。其中全球陆地部分3公里深度内、150℃以上的高温地热能资源为140万吨标准煤，目前一些国家已着手商业开发利用。世界风能的潜力约3500亿千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风力利用将会增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等，理论储量十分可观。限于技术水平，现尚处于小规模研究阶段。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途。

1913年，北洋政府教育部指示交通部上海工业专门学校设立电气机械科。

1937年，工业机械门改为动力机械门。

1942年，创办航空工程系；1952年并入华东航空工程学院；2002年11月，复建航空航天工程系。

1953年，动力机械系招收解放后的第一批研究生。

1958年，创办“核动力工程”专业。

1996年，设立工业工程专业，1997年，成立工业工程系。

1997年，在原机械系和动力系基础上，分别成立机械工程学院和动力与能源工程学院。

2002年1月，动力与能源工程学院和机械工程学院合并，成立上海交通大学机械与动力工程学院。

第一阶段：19世纪中期，1881年，第一辆使用铅酸电池的电动汽车出现

燃油汽车出现之前，纯电动汽车早就开始应用。1900年，欧美出售的4200辆汽车中，40%是蒸汽机车，38%是电动汽车，剩下的22%才是燃油汽车。当时燃油车还在用外燃机技术，开起来噪音大，而且冒着黑烟，对于欧洲上层消费者来讲并不是首选。原来燃油车也有黑历史！

第二阶段：20世纪初期，内燃机的发展，让纯电动汽车退出市场。

随着发动机技术发展，启动机的发明以及生产技术的提高，燃油车在这一阶段形成了绝对的优势。再对比电动汽车的充电的不便性，这一阶段纯电汽车退出了汽车市场。

第三阶段：20世纪60年代，石油危机使人们又重新重视纯电动汽车

此时欧洲已经进入工业化中期，由于石油危机的出现，人们开始反思日益严重的环境问题，使人们重新审视纯电动汽车。受到资本的推动，在那十几年里，电动汽车的驱动技术有了较大的发展，纯电动汽车受到了越来越多的关注，小型电动汽车开始占据固定的市场，如高尔夫球场代步车。

第四阶段：20世纪90年代，电池技术的滞后，使用电动汽车制造商改变发展方向

这一阶段由于电池技术发展滞后，没有重大的突破，使电动汽车制造商面临巨大的挑战。汽车制造商在市场压力下，开始研发混合动力汽车，以克服电池和续航里程短的问题。

第五阶段：21世纪初期，电池技术有所突破，各国开始大规模应用电动汽车

这一阶段电池密度提升，电动汽车的续航水平也以每年50公里的速度提升，电机的动力表现已经不弱于一些低排量的燃油车。我国更是大力推进新能源汽车的技术发展和产品落地，截至目前我国已经成为全球新能源汽车保有量、产量最高的国家。

百年电力发展史：

19世纪百年电力发展史1800年,伏打发明第一个化学电池1831年,人们开始获得连续的电流法拉第制造了最早的发电机——法拉第盘1866年,西门子制成第一台使用电磁铁的自激式发电机1870年,格拉姆制成了环形电枢自激发电机供工厂电弧灯用电1875年,巴黎北火车站建成世界上第一个火电厂。

用直流发电供附近照明1879年,旧金山建成世界上第一座商业发电厂,两台发电机共22盏电弧灯。同年先后在法国和美国装设了试验性电弧路灯1879年,爱迪生发明白炽灯 1881年,英国建成了世界上第一座小型水电站1882年；

爱迪生在纽约建成世界上第一座正规发电厂1882年法国人德普勒在慕尼黑博览会上表演了电压为1500~2000V的直流发电机组经57km线路驱动电动泵1884年英国人制造了第一台汽轮机1885年制成交流发电机和变压器1886年3月在马萨诸塞州的大巴林顿建立了第一个交流送电系统,电源侧升压至3000V,经1.2km到受端降压至500V。

,显示了交流输电的优越性1891年德国在劳芬电厂安装了第一台三相100kW交流发电机,通过第一条三相输电线路送电至法兰克福 1894年建成利亚加拉大瀑布水电站。1896年采用三相交流输电送至35km外的布法罗。结束了1880年来交、直流电优越性的争论。

20世纪百年电力发展史1903年,威斯汀豪斯电气公司装设了第一台5000kW汽轮发电机组,标志着通用汽轮机组的开始。1916年,美国建成第一条90km的132kV线路1922年,美国在加州建成第一条220kV线路。

二战后,美国于1955、1960、1963、1970和1973等年份分别制成并投运30、50、100、115和130万千瓦汽轮发电机组 1954年,瑞典首先建成了380kV线路,采用2分裂导线,距离960km,将北极圈内的Harspranget水电站电力送至瑞典南部。

1954年,前苏联建成第一座核电站,1973年法国制成120万kW核反应堆 1964年,美国建成第一条500kV交流输电线路 1965年,加拿大建成第一条765kV交流输电线路1965年,苏联建成第一条±400kV的470km直流输电线路,送电75万千瓦 1970年,美国建成±400kV的1330km直流输电线路,送电144万千瓦 1989年,苏联建成第一条最高电压1150kV的1900km交流输电线路。

扩展资料：

百年电力的意义：

溶思想性、权威性、文献性、可视性和科普性于一体，是一部反映中国百年电力发展历史的文献片，也是建设社会主义和谐社会和节约型社会的电视教材，同时又是一部进行爱国主义和艰苦奋斗精神教育的主旋律作品。同时该片为社会公众提供了解中国电业及其发展历史的一扇窗口，是对电力职工进行职业教育和传统教育的理想教材；对电力企业文化建设，增强职工凝聚力、鼓舞士气和激发职工的自豪感、责任感和使命感具有重要的作用。

参考资料来源：百度百科-百年电力

电动汽车具有低噪声、零排放、高效率、节能、能源多样化和综合利用等明显优势，成为各国发展的主流。随着永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步电机(PMSM)以其高效率、高功率因数和高功率密度的优势成为电动汽车驱动系统中的主流电机之一。

永磁电机驱动系统

永磁电机不仅具有无刷结构和交流电机运行可靠的优点，还具有DC电机调速性能好的优点。它不需要励磁绕组，可以实现小尺寸和高控制效率。它是电动汽车电机研发和应用的热点。永磁电机驱动系统可分为无刷直流电机系统和PMSM系统。无刷DC电机(BLDCM)系统具有转矩大、功率密度高、位置检测和控制方法简单等优点，但换向电流难以达到理想状态，会引起转矩脉动、振动和噪声等问题。无刷直流电机系统在速度要求不高的电动汽车驱动领域具有一定的优势，得到了广泛的重视和应用。永磁同步电机(PMSM)系统具有控制精度高、转矩密度高、转矩稳定性好、噪声低等特点。通过合理设计永磁磁路结构，可以获得较高的弱磁性能，提高电机调速范围。因此，它在电动汽车驾驶中具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车行业的高度重视，在日本得到了广泛应用。是一种理想的电动汽车驱动系统。

1.日本电动汽车用永磁同步电机的现状

日本从1965年开始发展电动汽车，1967年成立日本电动汽车协会。由于永磁同步电机的优异性能，自问世以来一直受到日本汽车公司的青睐。1996年，丰田汽车公司的电动汽车RAV4采用东京电机公司的插入式永磁同步电机作为驱动电机，其下的日本富士电子研究所研制的永磁同步电机可达到最大功率50kW，最大转速1300r/min。1998年1月，日产公司开发的新一代电动乘用车在美国加州投入使用。驱动电机采用钕铁硼材料，电机体积小。电动汽车驱动电机的技术指标见表2。

近年来，日本电气工程研究实验室与其他公司合作推出了一款内置双层永磁体的永磁同步电机(如图1所示)，提高了电机的横轴电导，增加了电机10%的转矩，增加了10%的最大效率区，电机最大峰值效率可达97%以上，主工作区效率可达93%以上。

2.欧洲电动汽车用永磁同步电机的现状

在法国的VEDELIC电动汽车项目中，PSA电动汽车动力总成制造商Moteurleroy-Somer在1997年改进了驱动电机。选用的新型驱动电机是三相永磁同步电机。

与传统的DC驱动系统相比，法国采用的三相永磁同步电机在以下三个方面进行了改进：①功率密度比和转矩密度比更高；②效率更高；③可靠性提高，维护方便。德国第三代奥迪混合动力汽车的驱动电机采用永磁同步电机(PMSM)。最大速度为12500转/分钟，最大输出功率为32kW。

3.美国电动汽车用永磁同步电机的现状

电动汽车在美国的发展比日本晚。在美国，感应电机的设计和控制策略已经成熟，因此感应电机是电动汽车的主要驱动电机。而美国也对永磁同步电机进行了研究，成果突出。詹姆士开发的永磁同步电机。歌迪和凯文。SatCon公司的LeRowR.E采用定子双绕组技术，不仅扩大了电机的转速范围，而且有效利用了逆变器的电压，绕组电流小，电机效率高。表4显示了美国SatCon公司开发的电机在不同速度和功率下的效率特性。

1、19世纪70年代，欧洲进入了电力革命时代。不仅大企业，就连小企业也都纷纷采用新的动力──电能。最初，一台发动机设备只供应一栋房子或一条街上的照明用电，人们称这种发电站为 “住户式”电站，发电量很小。

2、随着电力需求的增长，人们开始提出建立电力生产中心的设想。爱迪生1882年在美国纽约珍珠街建立拥有6台发动机的发电厂。

发电厂起初是直流发电。美国的著名发明家爱迪生在1881年开始筹建中央发电厂，1882年总共有两座初具规模的发电厂投产。1882年1月，伦敦荷陆恩桥的爱迪生公司开始发电，供应圣马厂邮局桥西的城市大教堂和桥头旅馆等。

当时发电厂利用蒸汽机驱动直流发电机，电压为110伏，电力可供1000个爱迪生灯泡用。同年末，纽约珍珠街爱迪生公司发电厂也装上了同型机组，这是美国的第一座发电厂，内装6台发动机，可供6000个爱迪生灯泡用电。

3、后来俄国彼得堡的芬坦克河上出现了水上发电站，发电站建在驳船上，为涅夫斯基大街照明供电。

在电力的生产和输送问题上，早期曾有过究竟是直流还是交流的长年激烈争论。爱迪生主张用直流，人们也曾想过各种方法，扩大直流电的供电范围，使中小城市的供电情况有了明显改善。

但对大城市的供电，经过改进的直流电站仍然无能为力，代之而起的是交流电站的建立，因为要作远程供电，就需增协电压以降低输电线路中的电能损耗，然后又必须用变压器降压才能送至用户。

3、直流变压器十分复杂，而交流变压器则比较简单，没有运动部件，维修也方便。

美国威斯汀豪斯公司的工程师斯坦利研制出了性能优良的变压器。1886年该公司利用变压器进行交流供电试验获得成功。

1893年威斯汀豪斯公司承接为尼亚加拉瀑布水力发电计划提供发动机的合同，事实证明必须用高压交流电才可实现远征电力输送，从而结束了长时间的交、直流供电系统之争，交流电成为世界通用的供电系统。

早期发电机靠蒸汽机驱动。1884年发明涡轮机，直接与发电机连接，省去云齿轮装置，既运行平稳，又少磨损。1888年在新建的福斯班克电站安装了一台小涡轮机，转速为每分钟4800转，发电量75千瓦。

1900年在德国爱勃菲德设置了一台1000千瓦涡轮机。到1912年芝加哥已有一台25,000千瓦涡轮发电机，如今涡轮发电机最大已超过100万千瓦，而且可以连续多年不停运转。

扩展资料

发电厂分类

1、水力发电厂

利用水流的动能和势能来生产电能的工厂，简称水电厂。水流量的大小和水头的高低，决定了水流能量的大小。从能量转换的观点分析，其过程为：水能→机械能→电能。

2、小水电

从容量角度来说处于所有水电站的末端，它一般是指容量5万千瓦以下的水电站。世界小水电在整个水电的比重大体在5%-6%。中国可开发小水电资源如以原统计数7000万kW计，占世界一半左右。

3、火力发电厂

利用可燃物作为燃料生产电能的工厂，简称火电厂。从能量转换的观点分析，其基本过程是：化学能→热能→机械能→电能。

4、垃圾发电厂

垃圾发电作为火力发电的一种，截至2007年底，中国垃圾焚烧发电厂总数已达75座，其中建成50座，在建25座垃圾焚烧发电厂的收益稳定、运营成本低廉并享有一定的税收优惠政策，能给投资者带来稳定的收益，但是垃圾发电带来的环境问题不容忽视。

5、核能发电厂

利用核能来生产电能工厂，又称核电厂（核电站）。原子核的各个核子（中子与质子）之间具有强大的结合力。重核分裂和轻核聚合时，都会放出巨大的能量，称为核能。

技术已比较成熟，形成规模投入运营的，只是重核裂变释放出的核能生产电能的原子能发电厂从能量转换的观点分析，是由重核裂变核能→热能→机械能→电能的转换过程。

6、太阳能发电厂

太阳能发电厂是一种用可再生能源——太阳能来发电的工厂，它利用把太阳能转换为电能的光电技术来工作的。

7、风能发电厂

截止到2003年底，全国风能资源丰富的14个省（自治区）已建成风电场40座，累计运行风力发电机组1042台，总容量达567.02MW（以完成整机吊装作为统计依据）。

参考资料来源：百度百科-发电厂

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现今，无论人类生活、科学技术活动以及物质生产活动都已离不开电。随着科学技术的发展，某些带有专门知识的研究内容逐渐独立，形成专门的学科，如电子学、电工学等。电学又可称为电磁学，是物理学中颇具重要意义的基础学科。

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电学的发展简史

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有关电的记载可追溯到公元前6世纪。早在公元前585年，希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体，后来又有人发现摩擦过的煤玉也具有吸引轻小物体的能力。在以后的2000年中，这些现象被看成与磁石吸铁一样，属于物质具有的性质，此外没有什么其他重大的发现。

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在中国，西汉末年已有“碡瑁(玳瑁)吸偌(细小物体之意)”的记载；晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有咤声”。

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1600年，英国物理学家吉伯发现，不仅琥珀和煤玉摩擦后能吸引轻小物体，而且相当多的物质经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质，他注意到这些物质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。为了表明与磁性的不同，他采用琥珀的希腊字母拼音把这种性质称为“电的”。吉伯在实验过程中制作了第一只验电器，这是一根中心固定可转动的金属细棒，当与摩擦过的琥珀靠近时，金属细棒可转动指向琥珀。

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大约在1660年，马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体，用干燥的手掌摩擦转动球体，使之获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在静电实验研究中起着重要的作用，直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。

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18世纪电的研究迅速发展起来。1729年，英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电，并且他第一次使人体带电。格雷的实验引起法国迪费的注意。1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论。他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的”，琥珀上产生的电与树脂产生的相同，叫做“树脂的”。他得到：带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引。

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1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件，它对于电知识的传播起到了重要的作用。

差不多同时，美国的富兰克林做了许多有意义的工作，使得人们对电的认识更加丰富。1747年他根据实验提出：在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素；电跟流体一样，摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体，但不能创造；任何孤立物体的电总量是不变的，这就是通常所说的电荷守恒定律。他把摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电，物体失去电而不足的部分叫做带负电。

严格地说，这种关于电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他所使用的正电和负电的术语至今仍被采用，他还观察到导体的尖端更易于放电等。早在1749年，他就注意到雷闪与放电有许多相同之处，1752年他通过在雷雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验，证明了雷闪就是放电现象。在这个实验中最幸运的是富兰克林居然没有被电死，因为这是一个危险的实验，后来有人重复这种实验时遭电击身亡。富兰克林还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击，1745年首先由狄维斯实现，这大概是电的第一个实际应用。

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18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。1776年，普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷，猜测电力与万有引力有相似的规律。1769年，鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。1773年，卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比，他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。

1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。库仑的实验得到了世界的公认，从此电学的研究开始进入科学行列。1811年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电，发展了静电学的解析理论。

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18世纪后期电学的另一个重要的发展是意大利物理学家伏打发明了电池，在这之前，电学实验只能用摩擦起电机的莱顿瓶进行，而它们只能提供短暂的电流。1780年，意大利的解剖学家伽伐尼偶然观察到与金属相接触的蛙腿发生抽动。他进一步的实验发现，若用两种金属分别接触蛙腿的筋腱和肌肉，则当两种金属相碰时，蛙腿也会发生抽动。

1792年，伏打对此进行了仔细研究之后，认为蛙腿的抽动是一种对电流的灵敏反应。电流是两种不同金属插在一定的溶液内并构成回路时产生的，而肌肉提供了这种溶液。基于这一思想，1799年，他制造了第一个能产生持续电流的化学电池，其装置为一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体，叫做伏打电堆。

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此后，各种化学电源蓬勃发展起来。1822年塞贝克进一步发现，将铜线和一根别种金属(铋)线连成回路，并维持两个接头的不同温度，也可获得微弱而持续的电流，这就是热电效应。

化学电源发明后，很快发现利用它可以作出许多不寻常的事情。1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水；同年里特成功地从水的电解中搜集了两种气体，并从硫酸铜溶液中电解出金属铜；1807年，戴维利用庞大的电池组先后电解得到钾、钠、钙、镁等金属；1811年他用2000个电池组成的电池组制成了碳极电弧；从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用的强烈光电源，直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西门子等人发明的。

虽然早在1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化，甚至更早在1640年，已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转，但到19世纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。与这种传统观念相反，丹麦的自然哲学家奥斯特接受了德国哲学家康德和谢林关于自然力统一的哲学思想，坚信电与磁之间有着某种联系。经过多年的研究，他终于在1820年发现电流的磁效应：当电流通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。

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奥斯特的发现首先引起法国物理学家的注意，同年即取得一些重要成果，如安培关于载流螺线管与磁铁等效性的实验；阿喇戈关于钢和铁在电流作用下的磁化现象；毕奥和萨伐尔关于长直载流导线对磁极作用力的实验；此外安培还进一步做了一系列电流相互作用的精巧实验。由这些实验分析得到的电流元之间相互作用力的规律，是认识电流产生磁场以及磁场对电流作用的基础。

电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1825年斯特金发明电磁铁，为电的广泛应用创造了条件。1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报；1837年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了电报机，莫尔斯还发明了一套电码，利用他所制造的电报机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。

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1855年汤姆孙(即开尔文)解决了水下电缆信号输送速度慢的问题，1866年按照汤姆孙设计的大西洋电缆铺设成功。1854年，法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音的设想，但未变成现实；后来，赖斯于1861年实验成功，但未引起重视。1861年贝尔发明了电话，作为收话机，它仍用于现代，而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机以及休士的发明的传声器所改进。

电流磁效应发现不久，几种不同类型的检流计设计制成，为欧姆发现电路定律提供了条件。1826年，受到傅里叶关于固体中热传导理论的启发，欧姆认为电的传导和热的传导很相似，电源的作用好像热传导中的温差一样。为了确定电路定律，开始他用伏打电堆作电源进行实验，由于当时的伏打电堆性能很不稳定，实验没有成功；后来他改用两个接触点温度恒定因而高度稳定的热电动势做实验，得到电路中的电流强度与他所谓的电源的“验电力”成正比，比例系数为电路的电阻。

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由于当时的能量守恒定律尚未确立，验电力的概念是含混的，直到1848年基尔霍夫从能量的角度考查，才橙清了电位差、电动势、电场强度等概念，使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上，基尔霍夫解决了分支电路问题。

杰出的英国物理学家法拉第从事电磁现象的实验研究，对电磁学的发展作出极重要的贡献，其中最重要的贡献是1831年发现电磁感应现象。紧接着他做了许多实验确定电磁感应的规律，他发现当闭合线圈中的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势，感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化率。后来，楞次于1834年给出感应电流方向的描述，而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式。

法拉第在电磁感应的基础上制出了第一台发电机。此外，他把电现象和其他现象联系起来广泛进行研究，在1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同，1834年发现电解定律，1845年发现磁光效应，并解释了物质的顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静电感应现象，并首次用实验证明了电荷守恒定律。

电磁感应的发现为能源的开发和广泛利用开创了崭新的前景。1866年西门子发明了可供实用的自激发电机；19世纪末实现了电能的远距离输送；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌。

对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的“场”的观念。他认为：力线是物质的，它弥漫在全部空间，并把异号电荷和相异磁板分别连结起来；电力和磁力不是通过空虚空间的超距作用，而是通过电力线和磁力线来传递的，它们是认识电磁现象必不可少的组成部分，甚至它们比产生或“汇集”力线的“源”更富有研究的价值。

法拉第的丰硕的实验研究成果以及他的新颖的场的观念，为电磁现象的统一理论准备了条件。诺埃曼、韦伯等物理学家对电磁现象的认识曾有过不少重要贡献，但他们从超距作用观点出发，概括库仑以来已有的全部电学知识，在建立统一理论方面并未取得成功。这一工作在19世纪60年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。

麦克斯韦认为变化的磁场在其周围的空间激发涡旋电场；变化的电场引起媒质电位移的变化，电位移的变化与电流一样在周围的空间激发涡旋磁场。麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来，从而得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。

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麦克斯韦进而根据他的方程组，得出电磁作用以波的形式传播，电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值，其值与光在真空中传播的速度相同，由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。

1888年，赫兹根据电容器放电的振荡性质，设计制作了电磁波源和电磁波检测器，通过实验检测到电磁波，测定了电磁波的波速，并观察到电磁波与光波一样，具有偏振性质，能够反射、折射和聚焦。从此麦克斯韦的理论逐渐为人们所接受。

麦克斯韦电磁理论通过赫兹电磁波实验的证实，开辟了一个全新的领域——电磁波的应用和研究。1895年，俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的传送。后来马可尼将赫兹的振子改进为竖直的天线；德国的布劳恩进一步将发射器分为两个振荡电路，为扩大信号传递范围创造了条件。1901年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电联系。电子管的发明及其在线路中的应用，使得电磁波的发射和接收都成为易事，推动了无线电技术的发展，极大地改变了人类的生活。

1896年洛伦兹提出的电子论，将麦克斯韦方程组应用到微观领域，并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应。这样不仅可以解释物质的极化、磁化、导电等现象以及物质对光的吸收、散射和色散现象；而且还成功地说明了关于光谱在磁场中分裂的正常塞曼效应；此外，洛伦兹还根据电子论导出了关于运动介质中的光速公式，把麦克斯韦理论向前推进了一步。

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在法拉第、麦克斯韦和洛伦兹的理论体系中，假定了有一种特殊媒质“以太”存在，它是电磁波的荷载者，只有在以太参照系中，真空中光速才严格地与方向无关，麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式也只在以太参照系中才严格成立。这意味着电磁规律不符合相对性原理。

关于这方面问题的进一步研究，导致了爱因斯坦在1905年建立了狭义相对论，它改变了原来的观点，认定狭义相对论是物理学的一个基本原理，它否定了以太参照系的存在并修改了惯性参照系之间的时空变换关系，使得麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式有可能在所有惯性参照系中都成立。狭义相对论的建立不仅发展了电磁理论，并且对以后理论物理的发展具有巨大的作用。

电学的基本内容

电学研究的内容主要包括静电、静磁、电磁场、电路、电磁效应和电磁测量。

静电学是研究静止电荷产生电场及电场对电荷作用规律的学科。电荷只有两种，称为正电和负电。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷遵从电荷守恒定律。电荷可以从一个物体转移到另一个物体，任何物理过程中电荷的代数和保持不变。所谓带电，不过是正负电荷的分离或转移；所谓电荷消失，不过是正负电荷的中和。

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静止电荷之间相互作用力符合库仑定律：在真空中两个静止点电荷之间作用力的大小与它们的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们之间的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。

电荷之间相互作用力是通过电荷产生的电场相互作用的。电荷产生的电场用电场强度(简称场强)来描述。空间某一点的电场强度用正的单位试探电荷在该点所受的电场力来定义，电场强度遵从场强叠加原理。

通常的物质，按其导电性能的不同可分两种情况：导体和绝缘体。导体体内存在可运动的自由电荷；绝缘体又称为电介质，体内只有束缚电荷。

在电场的作用下，导体内的自由电荷将产生移动。当导体的成分和温度均匀时，达到静电平衡的条件是导体内部的电场强度处处等于零。根据这一条件，可导出导体静电平衡的若干性质。

静磁学是研究电流稳恒时产生磁场以及磁场对电流作用力的学科。

电荷的定向流动形成电流。电流之间存在磁的相互作用，这种磁相互作用是通过磁场传递的，即电流在其周围的空间产生磁场，磁场对放置其中的电流施以作用力。电流产生的磁场用磁感应强度描述。

电磁场是研究随时间变化下的电磁现象和规律的学科。

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当穿过闭台导体线圈的磁通量发生变化时，线圈上产生感应电流。感应电流的方向可由楞次定律确定。闭合线圈中的感应电流是感应电动势推动的结果，感应电动势遵从法拉第定律：闭台线圈上的感应电动势的大小总是与穿过线圈的磁通量的时间变化率成正比。

麦克斯韦方程组描述了电磁场普遍遵从的规律。它同物质的介质方程、洛仑兹力公式以及电荷守恒定律结合起来，原则上可以解决各种宏观电动力学问题。

根据麦克斯韦方程组导出的一个重要结果是存在电磁波，变化的电磁场以电磁波的形式传播，电磁波在真空中的传播速度等于光速。这也说明光也是电磁波的一种，因此光的波动理论纳入了电磁理论的范畴。

电路包括直流电路和交流电路的研究，是电学的组成部分。直流电路研究电流稳恒条件下的电路定律和性质；交流电路研究电流周期性变化条件下的电路定律和性质。

直流电路由导体(或导线)连结而成，导体有一定的电阻。稳恒条件下电流不随时间变化，电场亦不随时间变化。

根据稳恒时电场的性质、导电基本规律和电动势概念，可导出直流电路的各个实用定律：欧姆定律、基尔霍夫电路定律，以及一些解决复杂电路的有效而简便的定理：等效电源定理、叠加定理、倒易定理、对偶定理等，这些实用定律和定理构成电路计算的理论基础。

交流电路比直流电路复杂得多，电流随时间的变化引起空间电场和磁场的变化，因此存在电磁感应和位移电流，存在电磁波。

电磁效应物质中的电效应是电学与其他物理学科(甚至非物理的学科)之间联系的纽带。物质中的电效应种类繁多，有许多已成为或正逐渐发展为专门的研究领域。比如：

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电致伸缩、压电效应(机械压力在电介质晶体上产生的电性和电极性)和逆压电效应、塞贝克效应、珀耳帖效应(两种不同金属或半导体接头处，当电流沿某个方向通过时放出热量，而电流反向时则吸收热量)、汤姆孙效应(一金属导体或半导体中维持温度梯度，当电流沿某方向通过时放出热量，而电流反向时则吸收热量)、热敏电阻(半导体材料中电阻随温度灵敏变化)、光敏电阻(半导体材料中电阻随光照灵敏变化)、光生伏打效应(半导体材料因光照产生电位差)，等等。

对于各种电效应的研究有助于了解物质的结构以及物质中发生的基本过程，此外在技术上，它们也是实现能量转换和非电量电测法的基础。

电磁测量也是电学的组成部分。测量技术的发展与学科的理论发展有着密切的联系，理论的发展推动了测量技术的改进；测量技术的改善在新的基础上验证理论，并促成新理论的发现。

电磁测量包括所有电磁学量的测量，以及有关的其他量(交流电的频率、相角等)的测量。利用电磁学原理已经设计制作出各种专用仪表(安培计，伏特计、欧姆计、磁场计等)和测量电路，它们可满足对各种电磁学量的测量。

电磁测量的另一个重要的方面是非电量(长度、速度、形变、力、温度、光强、成分等)的电测量。它的主要原理是利用电磁量与非电量相互联系的某种效应，将非电量的测量转换为电磁量的测量。由于电测量有一系列优点：准确度高、量程宽、惯量小、操作简便，并可远距离遥测和实现测量技术自动化，非电量的电测量正在不断发展。

电学与其它学科

电学作为经典物理学的一个分支，就其基本原理而言，已发展得相当完善，它可用来说明宏观领域内的各种电磁现象。

20世纪，随着原子物理学、原子核物理学和粒子物理学的发展，人类的认识深入到微观领域，在带电粒子与电磁场的相互作用问题上，经典电磁理论遇到困难。虽然经典理论曾给出一些有用的结果，但是许多现象都是经典理论不能说明的。经典理论的局限性在于对带电粒子的描述忽略了其波动性方面，而对于电磁波的描述又忽略了其粒子性方面。

按照量子物理的观点，无论是物质粒子或电磁场都既有粒子性，又具有波动性。在微观物理研究的推动下，经典电磁理论发展为量子电磁理论。

本文转自物理视野http://wuli98.com/showart.asp?id=226

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